高中物理 第5章 傳感器及其應(yīng)用 第3節(jié) 大顯身手的傳感器課件 魯科版選修3-2.ppt

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第3節(jié)大顯身手的傳感器 記學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 了解傳感器應(yīng)用的一般模式 2 了解力傳感器在洗衣機(jī)上的應(yīng)用 了解光傳感器在自動(dòng)門上的應(yīng)用 3 了解電容傳感器在指紋識(shí)別器上的應(yīng)用 了解傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用 4 感受傳感器技術(shù)給人類生活帶來的便利 了解傳感器應(yīng)用的設(shè)計(jì)思路 學(xué)基礎(chǔ)導(dǎo)學(xué) 全自動(dòng)洗衣機(jī)的水位控制裝置使用了 傳感器 當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定的高度時(shí)自動(dòng) 進(jìn)水電磁閥門 洗滌電動(dòng)機(jī)電源 一 洗衣機(jī)水位控制系統(tǒng) 壓力 關(guān)閉 接通 1 控制自動(dòng)門開關(guān)的是一種 傳感器 2 自動(dòng)門工作流程 二 自動(dòng)門 紅外線 指紋識(shí)別器是通過 傳感器來識(shí)別指紋的 手指皮膚與電容傳感器表面構(gòu)成了 由于指紋的凹凸導(dǎo)致不同位置的電容差異 三 指紋識(shí)別器 電容 電容陣列 1 機(jī)器人傳感器的分類機(jī)器人傳感器分為 傳感器和 傳感器 2 傳感器用途 1 傳感器用于感知外部 和外界事物對機(jī)器人的 使機(jī)器人擁有類似人的 觸覺 嗅覺 味覺等感覺 從而使機(jī)器人具有擬人化的特點(diǎn) 2 傳感器 如角度傳感器 等 用于檢測機(jī)器人的 四 傳感器與機(jī)器人 外部 內(nèi)部 外部 工作環(huán)境 刺激 視覺 聽覺 內(nèi)部 關(guān)節(jié)傳感器 狀態(tài) 悟名師指點(diǎn) 1 紅外線傳感器的工作原理任何物質(zhì) 只要它具有一定的溫度 高于絕對零度 都能輻射紅外線 且溫度不同的物體輻射出的紅外線波長不同 探測器的敏感元件接收到物體發(fā)出的紅外線 并將其轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)輸出 便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路工作 一 紅外線傳感器的工作原理及應(yīng)用 3 紅外線傳感器的應(yīng)用紅外線傳感器常用于無接觸溫度測量 氣體成分分析 無損探傷等 在氣象預(yù)報(bào) 衛(wèi)星遙感 醫(yī)學(xué) 軍事等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用 4 自動(dòng)門上的紅外傳感器人體輻射的紅外線波長為9 m 10 m 傳感器探測元件的波長靈敏度在0 2 m 20 m范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變 在傳感器頂端開設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口 這個(gè)濾光片可通過光的波長范圍為7 m 10 m 正好適合于人體紅外輻射的探測 而對其他物體發(fā)出的紅外線全部吸收 這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器 1 紅外線用肉眼看不到 2 不同物質(zhì)發(fā)出的紅外線不同 3 一切物體均發(fā)出紅外線 1 下列裝置中不使用紅外線傳感器的是 A 電視遙控裝置B 紅外線溫度計(jì)C 衛(wèi)星遙感D 電子臺(tái)秤答案 D 1 機(jī)器人的構(gòu)成機(jī)器人主要包括三個(gè)部分 環(huán)境信息采集部分 相當(dāng)于人的感覺器官 環(huán)境識(shí)別和動(dòng)作控制部分 相當(dāng)于人的大腦 動(dòng)作部分 相當(dāng)于人的手 腳等 2 機(jī)器人的感覺傳感器是機(jī)器人的感覺器官 外部傳感器用于感知外部工作環(huán)境和外界事物對機(jī)器人的刺激 各種傳感器和機(jī)器人的感覺的對應(yīng)關(guān)系見下表 二 傳感器使機(jī)器人擁有哪些感覺 分別是哪種傳感器的功勞 機(jī)器人的發(fā)展方向是高度擬人的人工智能機(jī)器人 但目前的電腦運(yùn)算能力 傳感器制造技術(shù)等均相距甚遠(yuǎn) 2 機(jī)器人通過哪種傳感器感知周圍環(huán)境 從而避開障礙物 A 溫度傳感器B 壓力傳感器C 味覺傳感器D 視覺傳感器解析 機(jī)器人通過 眼睛 攝像機(jī) 即視覺傳感器感知周圍景物 從而避開障礙物 答案 D 講典例精析 傳感器的應(yīng)用 已知敏感元件的質(zhì)量為m 兩側(cè)彈簧的勁度系數(shù)均為k 電源電動(dòng)勢為E 電源內(nèi)阻不計(jì) 滑動(dòng)變阻器的總電阻值為R 有效長度為l 靜態(tài)時(shí) 輸出電壓為U0 試推導(dǎo)加速度a與輸出電壓U的關(guān)系式 由于系統(tǒng)整體做加速運(yùn)動(dòng) 敏感元件使兩彈簧均發(fā)生形變 l 同時(shí)滑動(dòng)變阻器上的滑動(dòng)觸頭也會(huì)同步的滑動(dòng) l 因而綜合運(yùn)用牛頓第二定律和閉合電路歐姆定律即可求解 1 1 如圖所示是某種電子秤的原理示意圖 AB為一均勻的滑線電阻 阻值為R 長度為L 兩邊分別有P1 P2兩個(gè)滑動(dòng)頭 P1可以在豎直絕緣光滑的固定桿MN上保持水平狀態(tài)而上下自由滑動(dòng) 彈簧處于原長時(shí) P1剛好指著A端 P1與托盤固定相連 若P1 P2間出現(xiàn)電壓時(shí) 該電壓經(jīng)過放大 通過轉(zhuǎn)換后在顯示屏上將顯示物體重力的大小 已知彈簧的勁度系數(shù)為k 托盤自身質(zhì)量為m0 電源電動(dòng)勢為正 內(nèi)阻不計(jì) 當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間 求 1 托盤上未放物體時(shí) 在托盤自身重力作用下 P1離A的距離x1 2 托盤上放有質(zhì)量為m的物體時(shí) P1離A的距離x2 3 在托盤上未放物體時(shí)通常先校準(zhǔn)零點(diǎn) 其方法是 調(diào)節(jié)P2 使P2離A的距離也為x1 從而使P1 P2間的電壓為零 校準(zhǔn)零點(diǎn)后 將物體m放在托盤上 試推導(dǎo)出物體質(zhì)量m與P1 P2間的電壓U之間的函數(shù)關(guān)系式 光敏電阻在各種自動(dòng)化裝置中有很多應(yīng)用 其中就有可用于街道的路燈自動(dòng)控制開關(guān) 下圖為實(shí)驗(yàn)所用器材 其中A為光敏電阻 B為電磁繼電器 C為電流放大器 D為路燈 請連成正確的電路 達(dá)到日出路燈熄 日落路燈亮的效果 并說明此電路的工作原理 用傳感器設(shè)計(jì)簡單的自動(dòng)控制電路 解析 連線如圖所示 原理 白天 光照強(qiáng) 光敏電阻A阻值小 控制電路中電流大 電磁鐵磁力強(qiáng) 將銜鐵吸合 兩觸點(diǎn)分離 路燈電路不通 燈不亮 傍晚 日落后光照弱 光敏電阻A阻值大 控制電路中電流小 電磁鐵磁力弱 銜鐵向上移使兩觸點(diǎn)接觸 路燈電路接通 燈亮 2 1 如圖所示為小型電磁繼電器的構(gòu)造示意圖 其中L為含鐵芯的線圈 P為可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵片 K為彈簧 S為一對觸頭 A B C D為四個(gè)接線柱 電磁繼電器與傳感器配合可完成自動(dòng)控制的要求 其工作方式是 A A與B接信號(hào)電壓 C與D可跟被控電路串聯(lián)B A與B接信號(hào)電壓 C與D可跟被控電路并聯(lián)C C與D接信號(hào)電壓 A與B可跟被控電路串聯(lián)D C與D接信號(hào)電壓 A與B可跟被控電路并聯(lián)解析 由圖可知A B與電磁繼電器線圈相連 所以A B應(yīng)接信號(hào)電壓 控制電磁繼電器工作與否 從而使C D接通或斷開 進(jìn)而起到控制作用 故正確答案為A 答案 A 試綜合應(yīng)用 如圖所示是一種懸球式加速度儀 它可以用來測定沿水平軌道運(yùn)動(dòng)的列車的加速度 金屬球的質(zhì)量為m 它系在金屬絲的下端 金屬絲的上端懸掛在O點(diǎn) AB是一根長為L的均勻電阻絲 其阻值為R 金屬絲與電阻絲接觸良好 摩擦不計(jì) 電阻絲的中心C焊接一根導(dǎo)線 從O點(diǎn)也引出一根導(dǎo)線 兩線之間接入一個(gè)電壓表V 金屬絲和導(dǎo)線電阻不計(jì) 傳感器與力 電的綜合 圖中虛線OC與AB垂直 且OC h 電阻絲AB接在電壓為U的直流穩(wěn)壓電源上 整個(gè)裝置固定在列車中并使AB沿車前進(jìn)的方向 列車靜止時(shí)金屬絲呈豎直狀態(tài) 當(dāng)列車加速或減速前進(jìn)時(shí) 金屬絲將偏離豎直方向 從電壓表V的讀數(shù)變化可以測出加速度的大小 當(dāng)列車向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí) 試導(dǎo)出加速度a與電壓表讀數(shù)U 的關(guān)系式 用U U L h及重力加速度g等表示 思路點(diǎn)撥 列車的加速度變化時(shí) 懸球的位置發(fā)生變化 從而使電壓表的示數(shù)發(fā)生變化 根據(jù)閉合電路歐姆定律和牛頓第二定律求得a與U 的關(guān)系 在傳感器的應(yīng)用中 電路與力的知識(shí)是經(jīng)常用到的 對閉合電路歐姆定律和牛頓第二定律應(yīng)熟練掌握 3 1 如圖甲是汽車過橋時(shí)對不同類型橋面壓力變化的實(shí)驗(yàn) 采用DIS方法對模型進(jìn)行測量 其結(jié)果如圖乙中電腦屏幕所示 1 圖甲中的傳感器為 傳感器 2 圖甲中 分別為三種不同類型的橋面 對于凸形橋 其相對應(yīng)的壓力圖線應(yīng)是屏幕上的 填 a b 或 c 3 如增大小球在斜槽上的高度 在圖乙中大致畫出小球通過凸形橋 時(shí)的壓力圖線 解析 1 由于是將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào) 所以是壓力傳感器 2 橋面如題圖 所示 小球在最高點(diǎn)時(shí)對橋的壓力小于重力 橋面如題圖 所示 小球?qū)虻膲毫Σ蛔?總等于重力 橋面如題圖 所示 小球在最低點(diǎn)時(shí)對橋的壓力大于重力 由此可得 對應(yīng)凸形橋 的壓力圖線是電腦屏幕上的c 3 若增大小球在斜槽上的高度 小球通過凸形橋 時(shí)的壓力圖線將向下凹 即如圖所示 答案 1 壓力 2 c 3 見解析圖 練隨堂演練 1 洗衣機(jī)中的水位控制裝置使用的是 A 光傳感器B 壓力傳感器C 濕度傳感器D 溫度傳感器答案 B 2 指紋識(shí)別器在下列哪些方面可以得到廣泛應(yīng)用 A 乘坐客車購票時(shí)B 過公路收費(fèi)處時(shí)C 放學(xué)出校門口時(shí)D 開銀行保險(xiǎn)柜時(shí)答案 D 3 機(jī)器人技術(shù)發(fā)展迅速 以下哪方面是現(xiàn)有的機(jī)器人不能很好地完成的 A 汽車工業(yè)中自動(dòng)焊接領(lǐng)域B 深水探險(xiǎn)C 藝術(shù)體操和與人對話D 機(jī)械加工解析 現(xiàn)有的機(jī)器人技術(shù)限于制造工藝 計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù) 還很難達(dá)到類似人對肢體的控制能力 其動(dòng)作精確但較僵硬 語音識(shí)別能力還很差 在其他幾個(gè)方面機(jī)器人都有上佳表現(xiàn) 答案 C 4 下列情況不可能是由于水位控制裝置損壞引起的是 A 洗衣機(jī)不加水B 洗衣機(jī)加水不能自動(dòng)停止C 洗衣機(jī)不排水D 洗衣機(jī)不洗衣解析 洗衣機(jī)水位控制裝置正常 才能正常加水 且加到合適的水位 若損壞可能導(dǎo)致一直不加水或一直不停地加水 所以A B可能 而這兩種情況都會(huì)導(dǎo)致洗衣機(jī)洗衣程序不工作 所以D可能 故選C 答案 C 5 全自動(dòng)洗衣機(jī)中的排水閥是由程序控制器控制其動(dòng)作的 當(dāng)進(jìn)行排水和脫水工序時(shí) 控制鐵芯1的線圈通電 使鐵芯2運(yùn)動(dòng) 從而牽引排水閥的閥門 排除污水 如圖所示 以下說法中正確的是 A 若輸入的控制電流由a流入 由b流出 則鐵芯2中A端為N極 B端為S極B 若輸入的控制電流由a流入 由b流出 則鐵芯2中A端為S極 B端為N極C 若a b處輸入交變電流 鐵芯2不能被吸入線圈中D 若a b處輸入交變電流 鐵芯2仍能被吸入線圈中解析 控制電流由a b 由安培定則 電磁鐵左端為N極 右端為S極 鐵芯2被磁化 A端為N極 B端為S極 而被吸入線圈中 若a b處輸入交變電流 鐵芯1磁性不斷變化 鐵芯2磁性也隨之變化 仍能被吸入線圈 答案 AD 6 電子打火機(jī)的點(diǎn)火原理是壓電效應(yīng) 壓電片在受壓時(shí)會(huì)在兩側(cè)形成電壓且電壓大小與壓力近似成正比 現(xiàn)有一利用壓電效應(yīng)制造的電梯加速度傳感器 如圖所示 壓電片安裝在電梯地板下 電壓表與壓電片構(gòu)成閉合回路用來測量壓電片兩側(cè)形成的電壓 若發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大 下列說法正確的是 A 電梯一定加速上升B 電梯一定減速下降C 電梯加速度一定向上D 電梯加速度一定向下 解析 由題意知 電壓表示數(shù)增大說明電梯地板對壓電片壓力增大 故電梯處于超重狀態(tài) 加速度一定向上C對 D錯(cuò) 但電梯可能加速上升也可能減速下降 A B錯(cuò) 答案 C 7 溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào) 電冰箱等家用電器中 它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性來工作的 如圖甲所示 電源的電動(dòng)勢E 9 0V 內(nèi)阻不計(jì) G為靈敏電流表 內(nèi)阻Rg保持不變 R為熱敏電阻 其電阻阻值與溫度的變化關(guān)系如圖乙所示 閉合開關(guān)S 當(dāng)R的溫度等于20 時(shí) 電流表示數(shù)I1 2mA 當(dāng)電流表的示數(shù)I2 3 6mA時(shí) 熱敏電阻的溫度是 A 60 B 80 C 100 D 120 答案 D 謝謝觀看